热带杂草稻形态特征与穗部性状QTL定位分析

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杂草稻是指在稻田中与栽培稻伴生,既拥有栽培稻的某些特征,同时也具有一些野生稻的特征,与栽培稻和野生稻都有一定相似性的特殊杂草。杂草稻在长期的进化历程中,积累了较多的抗逆性状,对不利环境的抵抗能力较高,同时也积累了比较丰富的遗传多样性。杂草稻与普通栽培稻基因组同源性高,形态和生理生化特性相似性高,人工除草和化学除草剂防除难度很大。由于杂草稻具有穗大粒多等有利性状,也可作为栽培稻遗传改良的重要种质资源之一。本研究利用从马来西亚不同地点收集的9份热带杂草稻材料,以国内3个籼稻品种黄花占、9311和胜泰1号为对照,对不同杂草稻的主要形态性状进行了考察分析,并利用穗粒相对较大的杂草稻材料WR2构建一个重组自交系群体(含142 RILs)进行穗部性状的QTL定位,主要研究结果如下:1.热带杂草稻植株高大,株型披散,穗大粒多。9份杂草稻材料平均株高的变幅为165.33cm-212.00cm,极显著的高于3个籼稻品种(96.33cm-106.67cm);多数杂草稻材料的每穗粒数较多,9份杂草稻材料的平均每穗粒数的变幅为150.22粒/穗-312.50粒/穗,其中WR2和WR3平均每穗粒数分别为306.33粒/穗和312.50粒/穗,均极显著高于3个籼稻品种(135.47粒/穗-160.78粒/穗);多数杂草稻材料千粒重偏低,9份杂草稻材料平均千粒重的变幅为12.16g-21.61g,均低于3个籼稻品种(22.32g-29.32g),其中WR2和WR8的平均千粒重分别为20.45g和21.61g,与小粒品种黄华占的平均千粒重(22.32g)差异不显著。2.利用Win QTILCart2.5软件在LOD值2.5的水平阈值上,对RIL群体进行穗部性状QTL定位分析,共检测到4个QTL,分别为q PL5,q TGW5,q GL9和q GW5。其中q PL5对穗长变异的贡献率为41.5%(LOD 9.81);q TGW5对千粒重变异的贡献率达56.6%(LOD 5.09);q GW5对粒宽变异的贡献率为37.1%(LOD 5.60);q GL9对粒长变异的贡献率为29.1%(LOD 2.96)。其中控制穗长、千粒重和粒宽的3个QTL(q PL5,q TGW5和q GW5)聚集于第5染色体上两个SSR标记RM289与RM7293之间,而q GL9位于第9染色体的标记RM205附近。3.对穗粒数两个极端DNA混合基因池作高通量测序,共获得46.18G Clean Data,Q30平均值达到91.11%,样品平均测序深度为25.66X。平均比对效率为97.8%,平均基因组覆盖度为88.8%,平均覆盖深度为28.93X。平均每个样本有1968873个SNP和364848个INDEL。对测序数据进行BSA-Seq分析,得出穗粒数的关联区域均位于第4染色体,三个关联区域的区间分别为25.5c M-26.6c M,26.7c M-27.8c M和28.2c M-29.2c M;三个关联区域分别检测到91,18和6个有效SNP;4,1和0个有效INDEL。第4染色体上三个相邻的关联区域内共发现候选基因达49个,其中有效基因23个。推测第4染色体上可能至少存在3个与穗粒数相关的基因,形成一个控制穗粒数的基因簇。
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